76高频电子线路实验指导书V2[1][1].4

高频电子线路实验指导书-1-高频电子线路C4型实验箱总体介绍一、概述本高频电子线路C4型实验箱的实验内容及实验顺序是根据高等教育出版社出版的〈〈高频电子线路〉〉（作者为张肃文）一书而设计的。本实验箱设置了十个实验，分别是：高频小信号调谐放大器实验、二极管开关混频器实验、高频谐振功率放大器实验、正弦波振荡器实验、集电极调幅及大信号检波实验、变容二极管调频实验、集成电路模拟乘法器应用实验、模拟锁相环应用实验、小功率调频发射机设计和调频接收机设计。其中前八个实验是为配合课程而设计的，主要帮助学生理解课堂所学的内容。后两个实验是系统实验，能让学生了解每个复杂的无线收发系统都是由一个个单元电路组成的。实验板配有有机玻璃罩，以保护实验板上的元件。可调电阻如果用手调节不方便，可用实验箱配置的无感批调节。二、整机介绍本实验箱为整板式结构，实验板的右侧至上而下分别为实验所需的频率计、低频信号源和高频信号源。它们不作为实验内容，属于实验工具。频率计、低频信号源和高频信号源的使用方法说明如下：1、频率计使用方法本实验箱提供的频率计是基于本实验箱实验的需要而设计的。它只适用于频率低于15MHz，信号幅度Vp-p=100mV～5V的信号。KG1是频率计的电源开关，ING1为频率计的输入端，JG2、JG3和JG4为输入信号通道选择跳线。当所测信号频率低于100KHz时，连接JG3、JG4（此时JG2断开）。当所测信号频率高于100KHz时连接JG2（此时JG3、JG4断开），一般情况下都连接JG2，断开JG3、JG4。所测信号的频率通过8个数码管显示，其中前6个数码管显示有效数字，第8个数码管显示10的幂，单位为Hz（如显示10.7000-6，则频率为10.7MHz）。频率计的使用方法如下：使用时，首先按下开关KG1，然后用实验箱附带的连接线将所要测量的信号与频率计的输入端ING1相连，按要求确定JG2、JG3和JG4的连接方式，则数码管显示所测信号的频率。本频率计的精度为：若信号为兆赫兹级，则显示精度为百赫兹。若信号为千赫兹级和赫兹级，则显示精度为赫兹。2、低频信号源的使用方法本实验箱提供的低频信号源是基于本实验箱实验的需要而设计的。输出分两个频段：第一频段：500Hz～2KHz（实际输出信号范围较宽）。此信号可以方波、正弦波的形式输出。主要用于变容二极管调频实验、集成模拟乘法应用中的平衡调幅实验、集电极调幅实验和高频信号源输出调频波功能的实现。第二频段：20KHz～100KHz（实际输出信号范围较宽）。此信号可以正弦波的形式输出。主要用于锁相环倍频实验。KD1为低频信号源的电源开关，TTD1和TTD2分别为正弦波和方波输出端。跳线JD1、JD2用于选择频段，连接JD1（断开JD2），则输出信号频率范围为500Hz～2KHz；连接JD2高频电子线路实验指导书-2-（断开JD1），则输出信号频率范围为20KHz～100KHz。跳线JD3、JD4用于选择输出信号的波形，连接JD3（断开JD4），则输出波形为方波；连接JD4（断开JD3），则输出波形为正弦波。WD6用于调节输出信号的频率，WD1用于调节方波信号的幅度，WD2用于调节正弦波信号的幅度。低频信号源的使用方法如下：使用时，首先按下开关KD1，则发光二极管LEDD1、LEDD2亮。当需输出500Hz～2KHz的信号时，连接JD1、JD4（此时JD2、JD3断开），则从TTD1处输出500Hz～2KHz的正弦波，调节WD2使正弦波的幅度满足要求，调节WD6同时用频率计测量使输出信号的频率满足要求。连接JD1、JD3（此时JD2、JD4断开），则从TTD2处输出500Hz～2KHz的方波，调节WD1使方波的幅度满足要求，调节WD6同时用频率计测量使输出信号的频率满足要求。当需输出20KHz～100KHz的信号时，连接JD2、JD4（此时JD1、JD3断开），则从TTD1处输出20KHz～100KHz的正弦波，调节WD2使正弦波的幅度满足要求，调节WD6同时用频率计测量使输出信号的频率满足要求。连接JD2、JD3（此时JD1、JD4断开），则从TTD2处输出20KHz～100KHz的方波，调节WD1使方波的幅度满足要求，调节WD6同时用频率计测量使输出信号的频率满足要求。特别指出的是，在输出20KHz～100KHz的信号时，会出现信号幅度随着频率的增大而减小的现象。这是因为：本实验装置的频率调节是通过跳线选择不同的电容值和调节电位器分压来实现的。不同的电容值对信号幅度的衰减不同，在相同电容值且频率较高的情况下，输出电压幅度会随着频率的增大而减小。但这种变化可通过调节输出电压幅度来进行调整，不影响实验的效果。3、高频信号源的使用方法本实验箱提供的高频信号源是基于本实验箱实验的需要而设计的。它只提供10.7MHz的载波信号和约10.7MHz的调频信号（调频信号的频偏可以调节）。载波主要用于小信号调谐放大器实验、高频谐振功率放大器实验、集电极调幅与大信号检波实验、模拟乘法器应用实验中的平衡调幅和混频、二极管开关混频器实验。调频信号主要用于模拟乘法器应用实验中的鉴频实验、模拟锁相环应用实验中的锁相鉴频实验。KF1为高频信号源的电源开关，TTF1为高频信号源的输出端，WF1用于调节输出信号的幅度，可调电容CCF1用于调节调频波载波的频率，跳线JF1、JF2、JF3、JF4用于选择输出载波还是输出调频波。高频信号源的使用方法如下：使用时，首先按下开关KF1，则发光二极管LEDF1亮。当需输出载波信号时，连接JF1（此时JF2、JF3、JF4断开），则10.7MHz的载波信号由TTF1处输出，调节WF1使载波信号的幅度满足要求。当需输出调频波时，连接JF2、JF3、JF4（此时JF1断开，同时使低频信号源处于输出频率为1KHz，峰峰值为2V的正弦波状态），则约10.7MHz的调频信号由TTF1处输出，若调频波的中心频率偏离10.7MHz，调节CCF1使调频波的中心频率更接近10.7MHz。调节WF1使调频波的幅度满足要求。改变1KHz调制信号的幅度就是改变调频波的频偏，实验时按本书给出的参数调节调制信号幅度大小。高频电子线路实验指导书-3-实验一高频小信号调谐放大器实验一、实验目的1、进一步掌握高频小信号调谐放大器的工作原理。2、学会小信号调谐放大器的设计方法。二、实验内容1、调节谐振回路使谐振放大器谐振在10.7MHz。2、测量谐振放大器的电压增益。3、测量谐振放大器的通频带。4、判断谐振放大器选择性的优劣。三、实验仪器1、BT-3（G）型频率特性测试仪（选项）一台2、20MHz模拟示波器一台3、数字万用表一块4、调试工具一套四、实验原理图1-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号调谐放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻RB1，RB2及RE决定，其计算方法与低频单管放大器相同。图1-1小信号调谐放大器放大器在高频情况下的等效电路如图1-2所示，晶体管的4个y参数iey，oey，fey及rey高频电子线路实验指导书-4-分别为输入导纳ebebbbebebiejwcgrjwcgy'''''1（1-1）输出导纳cbebebbbebbbmoejwcjwcgrjwcrgy''''''1（1-2）正向传输导纳ebebbbmfejwcgrgy'''1（1-3）反向传输导纳ebebbbcbrejwcgrjwcy''''1（1-4）图1-2放大器的高频等效回路式中，mg——晶体管的跨导，与发射极电流的关系为SmAIgEm26（1-5）ebg/——发射结电导，与晶体管的电流放大系数β及IE有关，其关系为SmAIrgEebeb261''（1-6）bbr/——基极体电阻，一般为几十欧姆；cbC/——集电结电容，一般为几皮法；ebC/——发射结电容，一般为几十皮法至几百皮法。高频电子线路实验指导书-5-由此可见，晶体管在高频情况下的分布参数除了与静态工作电流EI，电流放大系数有关外，还与工作频率有关。晶体管手册中给出的分布参数一般是在测试条件一定的情况下测得的。如在of30MHz，EI=2mA，CEU=8V条件下测得3DG6C的y参数为：mSrgieie21pFCie12mSrgoeoe2501pFCoe4mSyfe40uSyre350如果工作条件发生变化，上述参数则有所变动。因此，高频电路的设计计算一般采用工程估算的方法。图1-2中所示的等效电路中，1P为晶体管的集电极接入系数，即211/NNP（1-7）式中，2N为电感L线圈的总匝数。2P为输出变压器T的副边与原边的匝数比，即232/NNP（1-8）式中，3N为副边（次级）的总匝数。Lg为调谐放大器输出负载的电导，LLRg1。通常小信号调谐放大器的下一级仍为晶体管调谐放大器，则Lg将是下一级晶体管的输入电导2ieg。由图1-2可见，并联谐振回路的总电导g的表达式为GjwLjwcgPgPGjwLjwcgPgPgLoeieoe11222122221（1-9）式中，G为LC回路本身的损耗电导。谐振时L和C的并联回路呈纯阻，其阻值等于1/G，并联谐振电抗为无限大，则jwC与1/（jwL）的影响可以忽略。1、调谐放大器的性能指标及测量方法表征高频小信号调谐放大器的主要性能指标有谐振频率of，谐振电压放大倍数voA，放高频电子线路实验指导书-6-大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数1.0rK来表示）等。放大器各项性能指标及测量方法如下：（1）谐振频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率of称为放大器的谐振频率，对于图1-1所示电路（也是以下各项指标所对应电路），of的表达式为LCf210（1-10）式中，L为调谐回路电感线圈的电感量；C为调谐回路的总电容，C的表达式为ieoeCPCPCC2221（1-11）式中，Coe为晶体管的输出电容；Cie为晶体管的输入电容。谐振频率of的测量方法是：用扫频仪作为测量仪器，用扫频仪测出电路的幅频特性曲线，调变压器T的磁芯，使电压谐振曲线的峰值出现在规定的谐振频率点of。（2）电压放大倍数放大器的谐振回路谐振时，所对应的电压放大倍数voA称为调谐放大器的电压放大倍数。voA的表达式为1212002212fefeVioeiePPyPPyUAUgPgPgG（1-12）式中，g为谐振回路谐振时的总电导。因为LC并联回路在谐振点时的L和C的并联电抗为无限大，因此可以忽略其电导。但要注意的是fey本身也是一个复数，所以谐振时输出电压U0与输入电压Ui相位差为（180o+fe）。voA的测量方法是：在谐振回路已处于谐振状态时，用高频电压表测量图1-1中RL两端的电压U0及输入信号Ui的大小，则电压放大倍数0VA由下式计算：高频电子线路实验指导书-7-00ViAUU或0020lgViAUUdB(1-13)（3）通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数VA下降到谐振电压放大倍数0VA的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带BW，其表达式为LQffBW07.02(1-14)式中，QL为谐振回路的有载品质因数。分析表明，放大器的谐振电压放大倍数voA与通频带BW的关系为CyBWAfeV2.0(1-15)上式说明，当晶体管选定即yfe确定，且回路总电容CΣ为定值时，谐振电压放大倍数voA与通频带BW的乘积为一常数。这与低频放大器中的增益带宽积为一常数的概念是相同的。通频带BW的测量方法：是通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测量方法可以是扫频法，也可以是逐点法。逐点法的测量步骤是：先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率of及电压放大倍数v